地铁车站压顶梁结构设计

地铁车站压顶梁结构设计

黄琴

中铁第四勘察设计院集团有限公司结构所，湖北武汉430000

摘要：在地铁结构设计时，若车站抗浮不满足要求，会优先考虑设置压顶梁抗浮型式。该型式利用围护结构参与抗浮、节省工程投资，且施工简便、抗浮性能可靠，在工程中广泛使用。本文主要探讨压顶梁受力计算及相关设计。

关键词：压顶梁；抗浮；受力分析；计算

一、压顶梁设置范围及连接节点

压顶梁设置在顶板上，沿车站全长布置，与顶板间200高为混凝土填充，压顶梁与顶板、填充混凝土均采用C35混凝土。压顶梁尺寸为800mmx800mm。

车站先施工地墙，地墙内预埋钢筋接驳器，随后施工顶板，再施工压顶梁及混凝土填充。压顶梁与地墙采用钢筋接驳器连接。

图一 压顶梁布置剖面图    图二 压顶梁与地墙连接剖面图  图三 压顶梁配筋断面图

二、压顶梁受力分析

本次计算采用某地铁车站断面进行抗浮计算，车站信息如下：

车站覆土厚度：2.85m，顶板厚0.8m，顶板梁0.9x2m，中板厚0.4m，中板梁0.9x1m，底板厚0.9m，底板梁1.1x2.2m，柱子0.8x1.2m，柱跨为9m，侧墙宽0.7m，车站总高度13.85m，总宽度20.7m，地墙长度为32.5m。

抗浮计算过程如下：

K1=(2.85*20*20.7+25*19.3*(0.8+0.4+0.9)+20*19.3*0.15*2+25*(0.9*(2-0.8)+0.9*(1-0.4)+1.1*(2.2-0.9)+0.8*1.2*(13.85-0.8-0.4-0.9)/9+0.7*13.85*2+0.8*0.8*2)+15*32.5*0.8*2+0.3*0.9/2*6)/(10*20.3*(2.85+13.85-0.5))=1.13>1.1，满足要求。

每侧单位长度压顶梁所受剪力V=（单位长度水反力X1.1-单位长度结构自重-单位长度覆土重）/2=327.7KN。

压顶梁受地墙参与抗浮传来的剪力及由剪力引起的弯矩。

剪力设计值V1=1.1X1.25V=450.6KN

弯矩设计值M1=1.1X1.25(VH)=1.1X1.25X(327.7X0.4)=180.3KN.M

三、压顶梁结构设计

3.1 正截面承载力验算

1）构件编号:压顶梁

2）设计依据

《混凝土结构设计规范》 GB50010-2010

3）计算信息

1. 几何参数

截面类型: 矩形

截面宽度: b=1000mm

截面高度: h=800mm

2. 材料信息

混凝土等级:C35fc=16.7N/mm2ft=1.57N/mm2

钢筋种类:HRB400fy=360N/mm2

最小配筋率:ρmin=0.200％

纵筋合力点至近边距离: as=50mm

3. 受力信息

M=180.300kN*m

4. 设计参数

结构重要性系数: γo=1.1

4）计算过程

1. 计算截面有效高度

ho=h-as=800-50=750mm

2. 计算相对界限受压区高度

ξb=β1/(1+fy/(Es*εcu))=0.80/(1+360/(2.0*105*0.0033))=0.518

3. 确定计算系数

αs=γo*M/(α1*fc*b*ho*ho)=1.1*180.300*106/(1.0*16.7*1000*750*750)=0.021

4. 计算相对受压区高度

ξ=1-sqrt(1-2αs)=1-sqrt(1-2*0.021)=0.021≤ξb=0.518满足要求。

5. 计算纵向受拉筋面积

As＝α1*fc*b*ho*ξ/fy=1.0*16.7*1000*750*0.021/360=742mm2

6. 验算最小配筋率

ρ=As/(b*h)=742/(1000*800)=0.093％

ρ=0.093％<ρmin=0.200％, 不满足最小配筋率要求，

取As=ρmin*b*h=0.200％*1000*800=1600mm2

实配6根20（As=1885mm2）>1600mm2，满足要求。

3.2 斜截面承载力验算

1）构件编号: 压顶梁

2）设计依据

《混凝土结构设计规范》 GB50010-2010

3）计算信息

1. 几何参数

截面类型: 矩形

截面宽度: b=1000mm

截面高度: h=800mm

2. 材料信息

混凝土等级:C35fc=16.7N/mm2ft=1.57N/mm2

箍筋种类:HRB400fyv=360N/mm2

箍筋间距:s=200mm

最小配箍率:ρmin=0.200％

纵筋合力点至近边距离: as=50mm

3. 荷载信息

V=450.600kN

4. 设计参数

结构重要性系数: γo=1.1

4）计算过程

1. 计算截面有效高度和腹板高度

ho=h-as=800-50=750mm

hw=ho=750mm

2. 确定受剪面是否符合条件

当hw/b=750/1000=0.750≤4 时

V≤0.25*βc*fc*b*ho/γo混规(6.3.1-1)

=0.25*1.0*16.7*1000*750/1.1=2846.591kN截面符合条件。

3. 确定是否需要按构造箍筋

0.7*βh*ft*b*ho/γo=0.7*1.00*1.57*1000*750/1.1=824.250kN≥V=450.600kN

不进行斜截面的承载力计算，仅需按构造要求配置箍筋。

4. 计算箍筋面积

Asv=(0.24*ft/fyv)*b*s=(0.24*1.57/360)*1000*200=209mm2

5. 验算最小配箍率

ρ=Asv/(b*s)=209/(1000*200)=0.105％

ρ=0.105％<ρmin=0.200％,不满足最小配箍率要求。

取As=ρmin*b*s=0.200％*1000*200=400mm2 。

实配E12@150（4）（As=452mm2）>400mm2，满足要求。

3.3 地墙预留钢筋强度验算

预埋钢筋所受荷载=450.6kN/m，预埋钢筋强度=360N/mm2，预埋钢筋实际布置为25@300mm，

故钢筋总抗剪强度=360X(3.14X25X25/4)/0.3X0.001=588.75 kN/m>450.6kN/m，满足要求。

四、结论

压顶梁抗浮型式中，压顶梁受力不明确，本文考虑抗浮安全系数后，通过反算得到压顶梁的剪力，有一定的可靠性。结构设计需分别考虑压顶梁的抗剪、抗弯，且需要验算地墙预埋钢筋的强度。

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